发布单位：台北市立天文科学教育馆
这是天文学家首次发现大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。
当大质量恒星接近生命尽头时，由于自身引力的急剧坍缩，引发一场超新星爆炸。天文学家相信，在这爆炸剧变之后，剩下的是恒星的超高密度核心残骸。根据恒星的质量，这高密度核心残骸可能是一颗中子星，密度高到一茶匙的大小重约一兆公斤；或者是一个黑洞，一个引力场大到连光都无法逃离的天体。虽然过去有模型和线索支持这一理论，例如在蟹状星云中发现的中子星，但以前从未真实观察到致密天体生成的过程，这使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接证据一直难以捉摸。
2022年5月，南非业余天文学家Berto Monard在距离7500万光年的星系NGC 157的螺旋臂中发现了超新星SN 2022jli。随后两个独立的研究团队（Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024）将注意力转向这次爆炸的后续，并发现它具有独特的行为，进而发现了大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。在爆炸之后，大多数超新星的亮度会随时间逐渐减弱，通常呈现出「平滑、渐进的下降」的光曲线。但SN 2022jli的行为却非常奇特：随着总体亮度的降低，其变化呈现非连续平滑的趋势，而是每隔约12天上下摆动一次，形成交替出现的明亮和减暗的序列。这是超新星光曲线中首次检测到的重复周期振荡。Moore和Chen两个团队都认为，SN 2022jli系统中存在多颗恒星可能解释了这种行为。实际上，大质量恒星与伴星相互环绕是相当普遍的，被称为双星系统，而SN 2022jli也不例外。然而，引人注目的地方在于，观测发现其系统中氢气呈现周期性运动和周期性的伽马射线爆发，这显示伴星似乎在超新星爆炸过程中幸存，并且可能持续与另一颗超新星互相绕行。尽管无法直接观测到致密天体本身的光，但这种能量激增只能归因于一颗看不见的中子星，或者可能是一个黑洞，定期吸引伴星氢气大气层中的物质，导致氢气的周期性运动和伽马射线的爆发，并在研究人员的数据中表现为亮度的周期波动。这项研究就像是透过收集所有可能的证据解开一个谜题：在超新星爆炸时，黑洞或中子星的存在得到了确认。
图说：这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后，留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存，致密天体和它的伴星继续互相绕行，致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动，以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。Credit: ESO/L. Calçada
这次的研究观测资料主要利用了欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）和新技术望远镜（NTT）进行观测。随着黑洞或中子星的存在得到确认，SN 2022jli系统还有很多需要揭示的事情，包括致密天体的确切性质，以及这个双星系统可能面临的结局。期待下一代望远镜，如ESO的极大望远镜（ELT），将有助于解开这个谜团，让天文学家揭示这个独特系统的前所未见的细节。（编译/台北天文馆段皓元）
资料来源：ESO Press Release